【摘要】：近年來(lái),無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)迅猛發(fā)展,通信容量需求日益增大,對(duì)電磁器件的研制和設(shè)計(jì)提出了更高的要求。在此背景下,寬帶濾波器,功分器和天線(xiàn)等微波無(wú)源器件以及基于人工表面等離激元的寬帶微波器件成為了電磁領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文結(jié)合實(shí)際工程背景和研究課題,提出了一批新穎的寬帶無(wú)源器件,包括超寬帶(Ultra Wideband,UWB)陷波功分器,寬帶陷波濾波器和天線(xiàn)等等。與此同時(shí),利用人工表面等離激元的概念,首次提出了差分結(jié)構(gòu)的人工表面等離激元波導(dǎo)設(shè)計(jì)和基于共面雙線(xiàn)的人工表面等離激元結(jié)構(gòu)。此外還提出了新穎的魚(yú)翅型人工表面等離激元波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。本論文的主要研究工作包括以下幾方面:首先,第二章提出了一種具有可調(diào)陷波特性UWB Wilkinson功分器。通過(guò)奇偶模模式分析法,分析了一種三枝節(jié)加載陷波諧振器。并將該諧振器加載到UWB功分器中,由此實(shí)現(xiàn)了寬帶功分器的陷波特性。該陷波的中心頻率可以通過(guò)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的大小來(lái)調(diào)節(jié)。測(cè)試結(jié)果表明,該功分器帶內(nèi)回波損耗優(yōu)于10 d B,0.1GHz-8 GHz范圍內(nèi)除陷波頻帶以外,隔離度均優(yōu)于18 d B。其次,第三章提出了一種新穎的基于平面微帶饋線(xiàn)的單極子UWB天線(xiàn)。為了有效抑制UWB頻譜內(nèi)其他干擾信號(hào),該天線(xiàn)擁有兩個(gè)具有高頻率選擇性的陷波頻帶。該設(shè)計(jì)中的每個(gè)陷波頻帶都包含兩個(gè)諧振模式,所以,與傳統(tǒng)的單諧振模式陷波相比,該設(shè)計(jì)的陷波帶寬更寬,更適合抑制寬帶干擾信號(hào)。該陷波通過(guò)放置在天線(xiàn)微帶饋線(xiàn)旁的雙陷波諧振結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。該陷波結(jié)構(gòu)是在一種簡(jiǎn)單的雙模諧振器上加載兩個(gè)對(duì)稱(chēng)高阻線(xiàn)并連接微帶饋線(xiàn)。文中對(duì)該UWB陷波天線(xiàn)進(jìn)行了物理參數(shù)掃描研究,分析并驗(yàn)證了高頻率選擇性雙陷波的工作機(jī)制。最終,通過(guò)測(cè)試天線(xiàn)的回波損耗,輻射方向圖,峰值增益等性能參數(shù),驗(yàn)證了該天線(xiàn)擁有良好的阻抗匹配特性和輻射特性。此外,第三章還提出了一種多狀態(tài)多功能UWB天線(xiàn)�；镜腢WB天線(xiàn),通過(guò)在微帶饋線(xiàn)旁對(duì)稱(chēng)加載兩個(gè)雙模諧振器和并聯(lián)枝節(jié),實(shí)現(xiàn)了除UWB頻率響應(yīng)以外的兩個(gè)工作狀態(tài):窄帶帶通濾波天線(xiàn)(通帶:5.5-5.95 GHz),UWB陷波天線(xiàn)(通帶3.1-11.5 GHz內(nèi)含陷波5.15-5.8 GHz)。陷波具有較高的頻率選擇性。此外,本文還研究了用0?電阻代替并聯(lián)加載枝節(jié)后對(duì)該天線(xiàn)工作狀態(tài)切換的影響研究。最終,文中加工并測(cè)試了四個(gè)天線(xiàn)實(shí)例,驗(yàn)證了該多功能UWB天線(xiàn)的概念。第四章提出了一種新穎的微帶UWB濾波器,其具有雙陷波特性。這里的雙陷波特性通過(guò)采用第三章提出的雙陷波諧振結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生。所以該濾波器的每一個(gè)陷波也具有雙諧振模式,高頻率選擇性的特點(diǎn)。此外,這一章在上一章的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步更加詳細(xì)的仿真分析了該陷波諧振結(jié)構(gòu)的頻率特性,并提出了另外一種等效電路,這為未來(lái)其他應(yīng)用場(chǎng)景下雙陷波諧振結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。為了實(shí)現(xiàn)了更寬頻的帶外抑制,缺陷地技術(shù)被應(yīng)用到該設(shè)計(jì)中。第五章提出了一種工作在微波頻段的新穎的魚(yú)翅型人工表面等離激元(spoof surface plasmon polaritons(SSPP),designer surface plasmon polaritons)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),該提出結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)更低的色散特性,這也暗示了對(duì)表面等離激元的傳播有更強(qiáng)的約束能力。仿真研究和測(cè)試結(jié)果表明,該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了2.1-8 GHz的寬帶帶通頻率響應(yīng)。這是因?yàn)樯⑶�(xiàn)的截止頻率特性實(shí)現(xiàn)了高頻阻帶,而低頻阻帶則由該結(jié)構(gòu)中的微帶到槽線(xiàn)的過(guò)渡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該結(jié)構(gòu)的色散特性,電場(chǎng)分布,面電流分布,能量流分布被分別計(jì)算仿真,并展示出來(lái)。此外,現(xiàn)有的人工表面等離激元結(jié)構(gòu)主要都是基于微帶線(xiàn)或者槽線(xiàn)技術(shù)發(fā)展而來(lái),基于此背景,該章也首次提出了基于共面雙線(xiàn)(Coplanar Stripline,CPS)的工作在THz頻段的人工表面等離激元波導(dǎo)結(jié)構(gòu),并通過(guò)仿真和測(cè)試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該模型的正確性。該章也首次提出了具有高共模抑制度的差分人工表面等離激元設(shè)計(jì)。最后,對(duì)整篇論文的研究工作進(jìn)行總結(jié),并對(duì)未來(lái)進(jìn)行了展望。
【圖文】：

導(dǎo)通高頻信號(hào)的特性。LC 集總參數(shù)電路具有體積緊湊的優(yōu)勢(shì)，但是構(gòu) Q 值較低，所以由該諧振結(jié)構(gòu)構(gòu)成的濾波器性能相對(duì)較差。另外于電感 L 和電容 C 都不是理想器件，具有寄生效應(yīng)。當(dāng)工作頻率高之后，L 和 C 都將不會(huì)呈現(xiàn)其理想特性，所以該諧振結(jié)構(gòu)的頻率使制的。這一限制局限了 LC 集總參數(shù)諧振電路的應(yīng)用場(chǎng)景。外一種微波濾波器的諧振結(jié)構(gòu)是基于分布參數(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)展而來(lái)。元件的諧振結(jié)構(gòu)可以通過(guò)各種傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)，諸如波導(dǎo)，同軸線(xiàn)，微出來(lái)。一般情況下，大多數(shù)微波和射頻濾波器都由一個(gè)或者多個(gè)耦諧振器組成，因此設(shè)計(jì)諧振器的技術(shù)也可以用于設(shè)計(jì)濾波器。1962 G. L. Matthaei 等人提出了基于諧振器耦合的濾波器設(shè)計(jì)方法，為基振器的濾波器設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)[9]。年來(lái)，非常多的分布參數(shù)諧振結(jié)構(gòu)被發(fā)展出來(lái)。2000 年，研究人員等人提出雙環(huán)開(kāi)路諧振器，這種諧振器可以實(shí)現(xiàn)負(fù)的介電常數(shù)和負(fù)的圖 1-1 所示）。如圖 1-2 所示，文獻(xiàn)[11]提出了四分之一波長(zhǎng)諧振器加

圖 1-2 四分之一波長(zhǎng)諧振器加載開(kāi)路枝節(jié)構(gòu)成帶通濾波器[11]時(shí)近年來(lái)，新穎的加工科技和材料技術(shù)的發(fā)展，包括微波集成電路(M系統(tǒng)（MEMS），微加工（Micromachining），高溫超導(dǎo)技術(shù)（HTS瓷（LTCC）技術(shù)，激勵(lì)著傳輸線(xiàn)和濾波器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。同計(jì)工具諸如全波電磁場(chǎng)仿真器的發(fā)展，已經(jīng)使得濾波器設(shè)計(jì)發(fā)生了。許多新穎的具有高性能濾波特性的濾波器設(shè)計(jì)被發(fā)展和報(bào)道出來(lái)寬帶濾波器作為超寬帶系統(tǒng)的重要組成部分，在穿墻雷達(dá)，醫(yī)學(xué)成，，室內(nèi)超寬帶系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域具有非常重大的影響力。2002 年，同意授權(quán)超寬帶設(shè)備在不經(jīng)過(guò)官方認(rèn)證的情況下使用，但是超寬帶譜必須嚴(yán)格的限定在 3.1-10.6 GHz 范圍內(nèi)。為了滿(mǎn)足該要求，超發(fā)展成為了微波濾波器學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)。眾多超寬帶濾波器被開(kāi)發(fā)和，這些 UWB 濾波器的中心頻點(diǎn)是 6.85 GHz，相對(duì)帶寬為 109.5%。文獻(xiàn)[15]和[16]分別利用交指耦合線(xiàn)技術(shù)和電磁帶隙結(jié)構(gòu)改善了超帶外抑制能力。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN713

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本文編號(hào)：2596916